Elektroautos könnten bald auf eine zentrale Komponente verzichten: die klassische 12-Volt-Batterie. Das österreichische Forschungsprojekt REDSEL hat eine Bordnetzarchitektur entwickelt, die genau das möglich machen soll – durch redundante Hochvolt-Systeme und moderne Halbleitertechnik.
Forscher von Silicon Austria Labs (SAL), Infineon Technologies Austria und AVL List haben das Forschungsprojekt REDSEL nach zwei Jahren Laufzeit am Standort Graz erfolgreich abgeschlossen. Sie entwickelten eine neue Architektur für das Bordnetz von Elektrofahrzeugen, die künftig eine flexiblere Energieversorgung ermöglichen soll.
Die Struktur umfasst laut dem Forschungsbericht eine redundante Auslegung sowohl für den Hochvolt- als auch für den Niedervolt-Bereich. Ziel ist es, die Zuverlässigkeit und Sicherheit künftiger elektrischer Systeme zu steigern. Die Forscher präsentierten die Ergebnisse im spezialisierten Power Lab bei SAL in Graz.
Warum die 12-Volt-Batterie im E-Auto wegfallen könnte
Das Forschungszentrum konzentriert sich an den Standorten Graz, Villach und Linz auf elektronik- und softwarebasierte Systeme. Die wissenschaftliche Arbeit erfolgt in enger Abstimmung mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
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Albert Frank, Projektleiter bei Silicon Austria Labs, dazu: „Die entwickelten Technologien schaffen die Grundlage für leichtere und robustere Bordnetzsysteme und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Elektromobilität – bis hin zu zukünftigen autonomen Anwendungen“.
Ein zentraler Vorteil des neuen Konzepts liegt laut den Beteiligten in der Einsparung von Bauteilen im Fahrzeug. Durch einen redundanten Aufbau könnte im Elektroauto langfristig die klassische Niedervoltbatterie entfallen. Der Wegfall dieser Komponente verschafft Konstrukteuren mehr Flexibilität beim Fahrzeugdesign. Frei werdender Bauraum lässt sich für die Integration zusätzlicher technischer Komponenten nutzen.
NeueS System verteilt Energie im Fahrzeug
Kommende Fahrzeuggenerationen könnten durch die verbesserten Spezifikationen Vorteile im täglichen Betrieb haben. Die Ergebnisse sollen den Bau kompakterer und fehlertoleranter elektrischer Architekturen erlauben. Solche stabilen Systeme gelten als eine wesentliche Voraussetzung für das autonome Fahren.
Eine zuverlässige Stromversorgung fungiert für die künftigen Anwendungen als sicherheitskritisches Element. Den Kern der REDSEL-Architektur bildet ein aktives Balancing zwischen zwei Hochvoltbatterien. Dieses Verfahren stellt eine gleichmäßige Lastverteilung im Fahrzeug sicher und erhöht die Betriebssicherheit.
Die Ingenieure entwarfen zudem einen Leistungselektronikwandler mit mehreren Eingängen. Ein neuartiges magnetisches Integrationskonzept ermöglichte es, diesen Wandler besonders kompakt und platzsparend zu realisieren. Das System arbeite hocheffizient und spare im Vergleich zu herkömmlichen Modellen erheblichen Raum ein.
Für die Steuerung der Spannungen auf der Hochvoltseite installierten die Partner 750-Volt-Siliziumkarbid-MOSFETs der Reihe CoolSiC. Diese Komponenten ermöglichen laut Projektbericht eine zuverlässige Verarbeitung hoher Energieströme. Sie bilden das technologische Rückgrat für die Hochvolt-Architektur des Systems.
Halbleiter statt Relais: Leichter, sicherer und kompakter
Halbleiter erlauben eine präzise Steuerung der Energieflüsse, was für die Effizienz des Antriebsstrangs entscheidend ist. Auf der Niedervoltseite nutzten Forscher erstmals OptiMOS-7-Bauelemente mit einer Spannung von 30 Volt. Diese sollen laut Forschungsbericht signifikante Effizienzvorteile gegenüber den bisher üblichen Lösungen mit 40 Volt bieten.
Verbesserte Bordnetzspezifikationen moderner Fahrzeuge machten den Einsatz dieser frühen Entwicklungsmuster erst möglich. Ein Schwerpunkt der Kooperation lag auf einer neuen Sicherheitsarchitektur für Abschaltfunktionen. Techniker ersetzten dabei herkömmliche mechanische Relais durch moderne Halbleiterschalter.
Die Umstellung reduziert das Gewicht und erhöht die Betriebssicherheit des Systems. Diplomingenieur Ernst Katzmaier, Projektleiter bei Infineon Technologies Austria, erklärt, dass der Systemdemonstrator eindrucksvoll die Vorteile neuer Bordnetzarchitekturen belegt. Die Kooperation zeigt, wie praxisnahe Lösungen durch die Zusammenarbeit von Industrie und Forschung entstehen.
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